Kesetim bangan Kim ia
105
Jika Anda dapat melihat sistem kesetimbangan dinamis secara molekuler, akan tampak partikel-partikel dalam sistem kesetimbangan
tidak tetap sebagai pereaksi atau hasil reaksi, melainkan bereaksi terus dalam dua arah secara dinamis. Pereaksi akan berubah menjadi hasil
reaksi diimbangi oleh hasil reaksi berubah menjadi pereaksi. Jadi, kesetimbangan kimia dikatakan dinamis sebab secara molekuler
mikroskopik zat-zat tersebut berubah setiap saat, tetapi secara keseluruhan makroskopik tidak ada perubahan sifat fisik, baik wujud maupun
konsentrasi masing-masing zat.
Keadaan kesetimbangan dinamis dapat dianalogikan sebagai seseorang yang berjalan di eskalator, tetapi arahnya berlawanan dengan arah
eskalator. Eskalator bergerak ke bawah dan orang tersebut bergerak ke atas dengan kecepatan yang sama. Akibatnya, orang tersebut seperti
berjalan di tempat. Secara makrokospik, kedudukan orang tersebut tidak berubah sebab tidak bergeser dari posisinya, tetapi secara mikroskopik terjadi
perubahan terus menerus, seperti ditunjukkan oleh gerakan eskalator yang diimbangi oleh gerakan orang tersebut dengan kecepatan yang sama
perhatikan Gambar 5.2.
Persamaan kimia untuk reaksi kesetimbangan dinyatakan dengan dua arah anak panah, misalnya pada reaksi pembentukan amonia,
persamaan kimianya ditulis sebagai berikut. N
2
g + 3H
2
g U 2NH
3
g atau 2NH
3
g U N
2
g + 3H
2
g Tinjau reaksi pembentukan belerang trioksida berikut.
2SO
2
g + O
2
g U 2SO
3
g Jika konsentrasi masing-masing zat dalam sistem kesetimbangan itu
diukur. Kemudian hasilnya dituangkan ke dalam bentuk grafik hubungan antara konsentrasi zat dan waktu reaksi maka kurva yang terbentuk seperti
pada Gambar 5.3. Bagaimanakah cara memahami makna kurva pada Gambar 5 .3 ?
Simak dengan saksama. Pada t= 0 detik, hanya terdapat pereaksi SO
2
dan O
2
dengan konsentrasi awal tertentu. Dengan mengendalikan suhu dan tekanan, pereaksi mulai berubah menjadi hasil reaksi SO
3
. Pada saat SO
3
mulai terbentuk, sebagian SO
3
terurai kembali menjadi pereaksi. A kan tetapi, karena jumlah molekul pereaksi lebih banyak, laju
penguraian SO
3
relatif lebih lambat dibandingkan laju pembentukan SO
3
sehingga pembentukan SO
3
masih dominan. Reaksi dalam dua arah ber- langsung terus sampai mendekati waktu t
1
, laju ke dua arah ini hampir sama. Setelah mencapai waktu t
1
, laju pembentukan dan laju penguraian SO
3
sama sehingga konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi tidak berubah lagi terhadap waktu. Hal ini ditunjukkan oleh bentuk kurva yang mendatar.
Semua reaksi kesetimbangan dapat dinyatakan dalam bentuk grafik dengan bentuk yang berbeda bergantung pada sifat reaksinya, seperti
ditunjukkan pada Gambar 5.4.
Gambar 5.4
a Kesetimbangan: aA
U
bB, kosentrasi kesetimbangan hasil
reaksi B sama dengan kosentrasi kesetim bangan
pereaksi A. b Kosentrasi kesetimbangan hasil
reaksi B berbeda dengan kosentrasi kesetim bangan
pereaksi A. Kes
etim ban
gan din
am is
Tangga untuk turun
Gambar 5.3
Sistem reaksi kesetimbangan: 2SO
2
g
+ O
2
g
U
2SO
3
g
t
o
t
1
waktu ko
n se
n tr
as i
SO
2
SO
3
O
2
Sumber: Chemistry for You, 2002
Gambar 5.2
Seseorang yang naik eskalator dengan arah berlawanan akan
terlihat seperti berjalan di tempat.
K o
n se
n tr
as i
Waktu K
o n
se n
tr as
i
Waktu [A]
[B] t
1
t
1
[A]
[B] b
a
106
Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XI
Pada Gambar 5.4.a, proses untuk mencapai kesetimbangan sama
dengan proses pada pembentukan SO
3
g, tetapi konsentrasi pada akhir reaksi berbeda. Dalam hal ini, setelah keadaan kesetimbangan tercapai,
konsentrasi pereaksi sama dengan konsentrasi produk, atau [A] = [B].
2. Hukum Kesetimbangan Kimia
Dalam reaksi satu arah, konsentrasi molar hasil reaksi ditentukan oleh konsentrasi molar pereaksi dan mengikuti kaidah stoikiometri
koefisien reaksinya. Contohnya 2A
→
B, jumlah mol B bergantung pada jumlah mol A dan perbandingan koefisien reaksinya.
Dalam sistem reaksi kesetimbangan tidak demikian, mengapa? Andaikan sistem reaksi: N
2
+ O
2
U 2NO membentuk kesetimbangan. Ketika kesetimbangan tercapai, konsentrasi NO tidak bergantung pada
konsentrasi awal N
2
dan O
2
, tetapi mengikuti hukum kesetimbangan kimia atau hukum aksi massa.
Jika ke dalam suatu reaktor tertutup dicampurkan gas N
2
, O
2
, dan NO reaksinya dapat balik maka Anda tidak dapat menentukan mana
yang bertindak sebagai pereaksi maupun hasil reaksi. Arah reaksi pun tidak dapat ditentukan secara pasti sebab reaksi dapat balik re ersible,
dapat berlangsung dalam dua arah. Untuk mengetahui arah reaksi dalam reaksi dapat balik re ersible maka didefinisikan perbandingan reaksi
quotient of reaction , dilambangkan dengan Q , yaitu perbandingan konsentrasi zat-zat yang bereaksi.
Andaikan persamaan reaksi untuk campuran gas N
2
, O
2
, dan NO Anda tuliskan sebagai N
2
g + O
2
g U 2NOg maka perbandingan
reaksinya adalah
2 2
2
[NO] Q=
[N ][O ] Pada saat reaksi mencapai kesetimbangan, harga Q tidak lagi
bergantung pada konsentrasi awal, tetapi hanya bergantung pada suhu sistem reaksi.
Agar lebih memahami dan meningkatkan keyakinan Anda, simak
Tabel 5 .1 berikut yang menyajikan data hasil pengukuran konsentrasi
molar dan harga Q setelah kesetimbangan tercapai Q
Kstb
pada suhu T.
Tabel 5.1 Data Hasil Pengukuran Konsentrasi dan Q
Kstb
pada Suhu T untuk Reaksi N
2
g + O
2
g
U
2NOg.
Per obaan Konsentrasi Awal M
1 2
N
2 Kstb
0,127 0,027
0,134 0,027
55,68 55,21
O
2
NO 0,966
0,202
Kegiatan Inkuiri
Diskusikan secara berkelompok, bagaimana bentuk grafik dari reaksi: A + B
→
C reaksi satu arah P + Q
U
R reaksi kesetimbangan tetapi pereaksi Q berlebih
Dalam reaksi kesetimbangan spesi kiri dan kanan dapat bertindak
sebagai pereaksi sekaligus hasil reaksi. Oleh karena itu, dibuat
kesepakatan ketika dinyatakan pereaksi maksudnya spesi kiri
sedangkan hasil reaksi maksudnya spesi kanan.
A + B
U
C + D Pereaksi
Hasil reaksi
On equilibrium reaction, left speci and right speci can act as a reactant
and also a product. Based on agreem ent, left speci im plies reactant
and right speci im plies product .
A + B
U
C + D
React ant Product
Note
Catatan
Kesetim bangan Kim ia
107
Apakah yang dapat Anda simpulkan dari data pada Tabel 5.1? Konsentrasi
awal masing-masing zat untuk kelima percobaan tidak sama, tetapi setelah kesetimbangan tercapai kelima percobaan memiliki nilai Q yang relatif sama.
Besaran Q memiliki makna penting sebab memberikan nilai yang tidak bergantung pada konsentrasi awal pereaksi. Pada saat harga Q tetap,
dinamakan tetapan kesetimbangan dilambangkan dengan K
c
. K
c
= Q
Kstb
Tetapan kesetimbangan untuk contoh reaksi N
2
g + O
2
g U 2NOg
dapat ditulis: K
c
2 2
2
[ NO ] =
[ N ] [ O ] Berdasarkan uraian tersebut maka dapat dikatakan sebagai berikut.
1. Jika nilai Q lebih besar daripada nilai K
c
, reaksi sedang berlangsung ke arah kiri persamaan reaksi.
2. Jika nilai Q lebih kecil daripada nilai K
c
, reaksi sedang menuju ke arah kanan.
3. Jika nilai Q sama dengan nilai K
c
, reaksi dikatakan telah mencapai keadaan setimbang.
Secara umum, tetapan kesetimbangan untuk reaksi hipotetik: aA + bB
U cC + dD, dapat dinyatakan dengan: K
c
c d
a b
[ C ] [ D ] =
[ A ] [ B ]
Hubungan antara K dan Q dari ke-3 poin di atas dapat dianalogikan
seperti Gambar 5.5.
Nilai K
c
selalu tetap walaupun konsentrasi awal zat-zat dalam sistem kesetimbangan diubah-ubah. Nilai K
c
akan berubah jika suhu sistem reaksi berubah. Oleh karena itu, nilai K
c
hanya dipengaruhi oleh suhu sistem reaksi.
3 4
5 0,164
0,064 0,103
0,098 0,065
0,179 55,46
55,16 55,31
0,945 0,482
0,013
Gambar 5.5
Hubungan perbandingan K dan Q dengan arah reaksi.
Kesetimbangan
Reaksi ke arah hasil reaksi
Reaksi ke arah pereaksi
Sumber: Chemistry McMurry, 2001
Kata Kunci
• Reaksi kesetimbangan
• Tetapan kesetimbangan
K Q
K Q K
Q
Menentukan Tetapan Kesetimbangan
Tuliskan tetapan kesetimbangan reaksi berikut dalam bentuk konsentrasi molar: PCl
3
g + Cl
2
g
U
PCl
5
g Jika Q K
c
, ke arah mana reaksi sedang berjalan?
Jawab: Dalam tetapan kesetimbangan:
1. Pereaksi dituliskan sebagai penyebut.
2. Hasil reaksi dituliskan sebagai pembilang.
3. Setiap zat dipangkatkan koefisien reaksinya.
Persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi: K
c
5 3
2
[PCl =
[PCl ][Cl ]
] Jika Q K
c
, artinya [PCl
5
] lebih banyak dari [PCl
3
][Cl
2
]. Oleh karena itu, reaksi sedang berlangsung ke arah penguraian PCl
5
ke arah kiri.
Contoh
5.1
